Физике становится тепло. Лорд Кельвин. Классическая термодинамика - [20]

Шрифт
Интервал

Позже проблемой заинтересовались другие исследователи. Швейцарский математик и физик Иоганн Генрих Ламберт ( 1728-1777), пользуясь термометром постоянного объема, получил значение, равное -270, 3 °С. На конгрессе в Кембридже 1845 года Джоуль, основываясь на собственных экспериментах, привел значение минимальной температуры, равное приблизительно 250 °С ниже точки замерзания воды. В 1847 году опубликовал свою оценку и Реньо: -272, 75 °С.

Неизвестно, насколько эти результаты или их обсуждение с Джоулем могли повлиять на интерес Томсона к проблеме. Однако поставленный вопрос означал большой сдвиг для физики. Ученого не удовлетворяло, что все определения были основаны на измерении температуры газов. Как он знал по своему личному опыту, в лабораториях его времени очень часто использовались газовые термометры. Априори они могли показаться подходящими для установления абсолютной температурной шкалы, поскольку предполагалось, что поведение всех газов, которые в них использовались, соответствует модели идеальных газов: если поддерживать давление газа постоянным, то его объем будет увеличиваться или уменьшаться линейно и прямо пропорционально температуре. Следовательно, это казалось идеальным механизмом для измерения температур и, что еще более важно, давало возможность установить единую температурную шкалу.

Однако реальные газы только похожи на идеальные, но не являются таковыми, и закон идеальных газов не всегда описывает их поведение с достаточной точностью. Каждый газовый термометр, в зависимости от конкретного используемого в нем газа, измерял температуру по-разному, и хотя эти приборы можно было откалибровать между собой, отсутствие независимого метода измерения температур не позволяло понять, показания какого из них наиболее достоверны.

В октябре 1848 года Томсон опубликовал в «Философском журнале» работу под названием «Об абсолютной температурной шкале, основанной на теории движущей силы тепла Карно и вычисленной на основе наблюдений Ренъо», в которой подошел к проблеме с неожиданной стороны. Томсон писал:


«Есть ли какой-то принцип, на котором можно основать абсолютную температурную шкалу? Мне кажется, что теория движущей силы тепла Карно позволяет нам дать положительный ответ. Отношение между движущей силой и теплом, как было установлено Карно, показывает, что количество теплоты и интервалы температуры — это единственные элементы, задействованные в выражении количества механического эффекта, которое можно получить посредством тепла. И так как у нас есть система, определенная для измерения количества тепла, мы можем измерить интервалы в соответствии с тем, как могут быть оценены абсолютные разницы в температуре».


Томсон предложил такую температурную шкалу, что машина Карно, в которой «единица тепла, проходящая от тела А температуры Тº этой шкалы к другому телу В температуры (Т-1)º, будет производить один и тот же механический эффект независимо от значения Т. Это справедливо может считаться абсолютной шкалой, поскольку ее характеристика довольно независима от физических свойств любого конкретного вещества». Так Томсон сформулировал определение температуры, имеющее механический характер, не выходя за рамки теории теплорода. Однако поскольку строительство машины Карно было невозможно, ведь это была идеальная машина, предложение носило скорее теоретический характер. А кроме того, как выяснилось позже, гипотеза о том, что эффективность машины Карно не зависит от температуры Т, на которую опирался Томсон и которая порождала все проблемы несовместимости с результатами Джоуля, оказалась нежизнеспособной.

В любом случае в этой работе Томсон обратил внимание на отсутствие достаточной эмпирической информации:


«Следовательно, полностью удовлетворительного расчета предложенной шкалы нельзя осуществить, пока не будут получены дополнительные экспериментальные данные [которые Реньо обещал получить в ближайшем будущем]; но на основе имеющихся сегодня результатов мы можем сделать приблизительное сравнение новой шкалы со шкалой воздушных термометров».


Проблема состояла в том, что новая шкала, предложенная Томсоном, не имела абсолютного нуля. Она была установлена с помощью воздушных термометров и включала в себя «бесконечный холод», который должен был соответствовать значению порядка -270 °С. Согласно Томсону, это происходило из-за градуировки шкалы, основанной на этих термометрах: «значение одного градуса [ ... ] воздушного термометра частично зависит от шкалы, в которой оно берется», в то время как значение одного градуса в шкале Томсона всегда одно и то же. Так или иначе, Томсон не установил в своей работе абсолютного температурного нуля, как это часто ему приписывают.

Позже, в 1852 году, когда ученый пересмотрел свои идеи о теплопередаче в машине Карно, он предложил новую абсолютную шкалу, преимущества которой были очевидны. С одной стороны, она соотносилась со шкалой термометра, сконструированного с помощью идеального газа. С другой стороны, абсолютный ноль получился естественным образом: это была температура холодного полюса, для которой производительность машины Карно достигала 100%. Так как эта производительность равна


Рекомендуем почитать
Заяшников Сергей Иванович. Биография

В книге рассказывается история главного героя, который сталкивается с различными проблемами и препятствиями на протяжении всего своего путешествия. По пути он встречает множество второстепенных персонажей, которые играют важные роли в истории. Благодаря опыту главного героя книга исследует такие темы, как любовь, потеря, надежда и стойкость. По мере того, как главный герой преодолевает свои трудности, он усваивает ценные уроки жизни и растет как личность.


Беседы с Ли Куан Ю. Гражданин Сингапур, или Как создают нации

Перед вами – яркий и необычный политический портрет одного из крупнейших в мире государственных деятелей, созданный Томом Плейтом после двух дней напряженных конфиденциальных бесед, которые прошли в Сингапуре в июле 2009 г. В своей книге автор пытается ответить на вопрос: кто же такой на самом деле Ли Куан Ю, знаменитый азиатский политический мыслитель, строитель новой нации, воплотивший в жизнь главные принципы азиатского менталитета? Для широкого круга читателей.


Жизнь сэра Артура Конан Дойла. Человек, который был Шерлоком Холмсом

Уникальное издание, основанное на достоверном материале, почерпнутом автором из писем, дневников, записных книжек Артура Конан Дойла, а также из подлинных газетных публикаций и архивных документов. Вы узнаете множество малоизвестных фактов о жизни и творчестве писателя, о блестящем расследовании им реальных уголовных дел, а также о его знаменитом персонаже Шерлоке Холмсе, которого Конан Дойл не раз порывался «убить».


Русская книга о Марке Шагале. Том 2

Это издание подводит итог многолетних разысканий о Марке Шагале с целью собрать весь известный материал (печатный, архивный, иллюстративный), относящийся к российским годам жизни художника и его связям с Россией. Книга не только обобщает большой объем предшествующих исследований и публикаций, но и вводит в научный оборот значительный корпус новых документов, позволяющих прояснить важные факты и обстоятельства шагаловской биографии. Таковы, к примеру, сведения о родословии и семье художника, свод документов о его деятельности на посту комиссара по делам искусств в революционном Витебске, дипломатическая переписка по поводу его визита в Москву и Ленинград в 1973 году, и в особой мере его обширная переписка с русскоязычными корреспондентами.


Дуэли Лермонтова. Дуэльный кодекс де Шатовильяра

Настоящие материалы подготовлены в связи с 200-летней годовщиной рождения великого русского поэта М. Ю. Лермонтова, которая празднуется в 2014 году. Условно книгу можно разделить на две части: первая часть содержит описание дуэлей Лермонтова, а вторая – краткие пояснения к впервые издаваемому на русском языке Дуэльному кодексу де Шатовильяра.


Скворцов-Степанов

Книга рассказывает о жизненном пути И. И. Скворцова-Степанова — одного из видных деятелей партии, друга и соратника В. И. Ленина, члена ЦК партии, ответственного редактора газеты «Известия». И. И. Скворцов-Степанов был блестящим публицистом и видным ученым-марксистом, автором известных исторических, экономических и философских исследований, переводчиком многих произведений К. Маркса и Ф. Энгельса на русский язык (в том числе «Капитала»).